1분만에 충전 가능한 리튬이온배터리 개발

국내 연구진이 스마트폰에 사용되는 리튬이차전지를 1분만에 고속 충전할 수 있는 기술을 개발했다.
강정구 KAIST EEWS 대학원 교수와 같은 학과 김용훈 교수 공동 연구진은 빠른 속도의 충·방전이 가능한 동시에 1만 번 이상의 작동에도 용량 손실이 없는 리튬 이온 배터리 음극 소재를 개발했다고 20일 밝혔다.
꿈의 소재로 불리는 ‘그래핀은 전기 전도도가 구리보다 100배 이상 높으며 강도도 우수한 물질로 다양한 분야에 폭넓게 활용되고 있다. 기존 이차전지 전극에서 주로 사용된 그래핀은 대량생산이 용이한 장점이 있으나 합성과정에서 형성되는 많은 결함으로 전기 전도도, 강도, 화학적 안정성 등의 물성이 저하되는 문제가 존재했다.
연구진은 그래핀과 6나노미터(nm·1nm는 10억분의 1m) 크기의 이산화티타늄 나노입자로 구성된 복합 구조체를 간단한 공정으로 제조하는 기술을 개발했다. 강정구 교수는 그래핀이 전자의 이동을 활성화하고 매우 작은 크기의 나노입자들로 구성된 다공성 구조의 박막을 형성해 이온의 이동을 촉진시킬 수 있는 복합 구조의 소재를 구현했다”며 1분 이내의 빠른 충·방전 속도 및 1만 번 이상의 긴 수명 등의 이차전지 성능을 크게 향상 시킬 수 있는 것을 확인했다”고 설명했다. 연구진은 1분 이내에 130mA/g의 용량을 완전히 충·방전하는데 성공했으며 이 과정에서 용량 손실 없이 1만 번 이상 작동함을 확인했다.

연구진은 이번 연구를 통해 고성능 배터리 전극을 구현이 가능함을 확인한 만큼 향후 전기자동차, 휴대용 기기 등 높은 출력과 긴 수명을 요구하는 분야에 응용 가능할 것으로 기대했다. 강정구 교수는 재료의 물성을 극대화시킬 수 있는 설계를 통해 기존 이차전지의 문제점을 해결하고 성능을 효과적으로 높이는 방법을 제시했다”며 향후 여러 에너지 저장장치 등 분야에 활용 가능성이 클 것”으로 내다봤다.
연구결과는 재료분야 국제 학술지인 ‘어드밴스드 펑셔널 머터리얼스 지난달 18일자에 게재됐다.
[원호섭 기자]